汽车试验学课件 第10章 汽车总成与部件试验3

10.3.1

动力蓄电池电性能的试验10.3.2动力蓄电池包和系统能量的测试10.3.3动力蓄电池包或系统安全性的试验10.3

动力蓄电池系统的试验10.3.1

动力蓄电池电性能的试验

1．动力蓄电池电性能试验的目的及标准动力蓄电池电性能试验的目的是获得动力电池的充电和放电电压-时间曲线、电池放电容量、荷电保持和恢复容量、耐振动性等，用于评价动力电池系统的性能。

动力蓄电池电性能试验分为蓄电池单体、蓄电池模块的电性能试验。动力蓄电池电性能试验的标准是国家标准GB/T31486-2015《电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》。在执行汽车试验标准的动力蓄电池电性能试验中，根据此标准，开展动力蓄电池电性能的试验。2．蓄电池单体试验

（1）单体蓄电池充电试验

将单体蓄电池在25℃±5℃（室温）环境条件下，单体蓄电池先以1I1(A)电流放电至电池技术条件中的放电终止电压，搁置1h；再按电池技术条件中的充电方法进行充电，对于锂电池，先在1I1恒电流下充电，达到电池技术条件中的充电终止电压后，转至在恒压下充电，直至充电电流降至0.05I1(A)，停止充电；充电后搁置1h。记录不同时间的充电电压和电流，得到蓄电池的充电电压-时间、充电电流-时间曲线。I1(单位为A)为1小时率放电电流，其数值等于C1(单位为A)，C1为1小时率额定容量(单位为Ah)。2．蓄电池单体试验

（2）单体蓄电池放电试验

单体蓄电池在25℃±5℃环境温度下完全充电后，再在25℃±5℃环境温度下以1I1(A)电流放电至电池技术条件中的放电终止电压。记录不同时间的放电电压和电流，得到单体蓄电池的放电电压-时间、放电电流-时间曲线，计算放电容量（单位为Ah）及放电比能量（单位为Wh/kg）。充、放电3次，取3次充、放电的放电容量（单位为Ah）及放电比能量的平均值。3．蓄电池模块试验

（1）蓄电池模块充电试验将电池在25℃±5℃环境条件下，蓄电池模块先以1I1(A)电流放电至任一单体蓄电池的电压达到电池技术条件中的放电终止电压，搁置1h；再按电池技术条件中的充电方法进行充电，对于锂电池，先在1I1恒电流下充电，达到电池技术条件中的充电终止电压后，转至在恒压下充电，直至充电电流降至0.05I1(A)，停止充电；若充电过程中有单体蓄电池的电压超过充电终止电压0.1V，则停止充电；充电后搁置1h。记录不同时间的充电电压和电流，得到蓄电池的充电电压-时间、充电电流-时间曲线。3．蓄电池模块试验

（2）蓄电池模块放电试验蓄电池模块在25℃±5℃环境温度下完全充电后，再在25℃±5℃环境温度下以1I1(A)电流放电至任一单体蓄电池的电压达到电池技术条件中的放电终止电压。记录不同时间的放电电压和电流，得到蓄电池模块的放电电压-时间、放电电流-时间曲线，计算放电容量（单位为Ah）及放电比能量（单位为Wh/kg）。充、放电5次，取最后3次充、放电的放电容量（单位为Ah）及放电比能量的平均值。3．蓄电池模块试验

（3）蓄电池模块倍率放电试验

1）能量型蓄电池模块倍率放电试验倍率放电及计算放电容量：蓄电池模块在25℃±5℃环境温度下完全充电后，在25℃±5℃环境温度下以3I1(A)（最大电流不超过400A）电流放电至任一单体蓄电池的电压达到电池技术条件中的放电终止电压。记录不同时间的放电电压和电流，得到蓄电池模块的放电电压-时间、放电电流-时间曲线，计算放电容量（单位为Ah）。倍率放电及计算平均比功率：蓄电池模块在25℃±5℃环境温度下完全充电后，在25℃±5℃环境温度下以1I1(A)电流放电30min，再以电池技术条件中的最大放电流放电10s，然后静置30min，再以电池技术条件中的最大充电流充电10s。记录不同时间的充、放电电压和电流，得到蓄电池模块的充放电电压-时间、放电电流-时间曲线。采用充放电的放电能量除以10s，计算10s充放的平均比功率（单位为W/kg）。3．蓄电池模块试验

2）功率型蓄电池模块倍率放电试验功率型与能量型蓄电池模块的倍率放电及计算放电容量的方法基本相同，只是将电流放电由3I1(A)变为8I1(A)。功率型与能量型蓄电池模块的倍率放电及计算平均比功率方法相同。3．蓄电池模块试验

（4）蓄电池模块倍率充电试验蓄电池模块倍率充电：在25℃±5℃环境条件下，蓄电池模块先以1I1(A)电流放电至任一单体蓄电池的电压达到电池技术条件中的放电终止电压，搁置1h；再以2I1(A)（最大电流不超过400A）电流充电，直至任一单体蓄电池的电压达到电池技术条件中的充电电压，停止充电，并且总充电时间不超过30min；充电后静置1h。记录不同时间的充电电压和电流，得到蓄电池的充电电压-时间、充电电流-时间曲线。计算蓄电池模块放容量：在蓄电池模块倍率充电后，计算蓄电池模块放容量。在25℃±5℃环境条件下，蓄电池模块以1I1(A)电流放电至任一单体蓄电池的电压达到电池技术条件中的放电终止电压，记录不同时间的放电电压和电流，计算蓄电池模块放电容量（单位为Ah）。3．蓄电池模块试验

（5）蓄电池模块低温放电试验

蓄电池模块在25℃±5℃环境温度下完全充电后，在-22℃±2℃环境温度下搁置24h，再以1I1(A)电流放电至任一单体蓄电池的电压达到电池技术条件中的放电终止电压（该电压值不低于25℃±5℃环境温度下放电终止电压的80%），记录不同时间的放电电压和电流，计算蓄电池模块放电容量（单位为Ah）。3．蓄电池模块试验

（5）蓄电池模块低温放电试验

蓄电池模块在25℃±5℃环境温度下完全充电后，在-22℃±2℃环境温度下搁置24h，再以1I1(A)电流放电至任一单体蓄电池的电压达到电池技术条件中的放电终止电压（该电压值不低于25℃±5℃环境温度下放电终止电压的80%），记录不同时间的放电电压和电流，计算蓄电池模块放电容量（单位为Ah）。

（6）蓄电池模块高温放电试验蓄电池模块在25℃±5℃环境温度下完全充电后，在55℃±2℃环境温度下搁置5h，再以1I1(A)电流放电至任一单体蓄电池的电压达到电池技术条件中的放电终止电压，记录不同时间的放电电压和电流，计算蓄电池模块放电容量（单位为Ah）。3．蓄电池模块试验

（7）室温下蓄电池模块荷电保持及容量恢复能力试验

蓄电池模块在25℃±5℃环境温度下完全充电后，在25℃±5℃环境温度下储存28天，再以1I1(A)电流放电至任一单体蓄电池的电压达到电池技术条件中的放电终止电压，计量蓄电池模块荷电保持容量（单位为Ah）；再在25℃±5℃环境温度下完全充电后，以1I1(A)电流放电至任一单体蓄电池的电压达到电池技术条件中的放电终止电压，计量蓄电池模块荷电恢复容量（单位为Ah）。3．蓄电池模块试验

（8）高温下蓄电池模块荷电保持及容量恢复能力试验

蓄电池模块在25℃±5℃环境温度下完全充电后，在55℃±2℃环境温度下储存7天；蓄电池模块在25℃±5℃环境温度下搁置5h后，以1I1(A)电流放电至任一单体蓄电池的电压达到电池技术条件中的放电终止电压，计量蓄电池模块荷电保持容量（单位为Ah）；再在25℃±5℃环境温度下完全充电后，以1I1(A)电流放电至任一单体蓄电池的电压达到电池技术条件中的放电终止电压，计量蓄电池模块荷电恢复容量（单位为Ah）。3．蓄电池模块试验动力电池环境试验箱动力电池3．蓄电池模块试验

（9）蓄电池模块耐振动能力试验蓄电池模块在25℃±5℃环境温度下完全充电后，将蓄电池模块固定至振动试验台上，按下述条件进行振动距扫描试验：1/3I1(A)放电电流，上下单向振动，振动频率为10Hz~55Hz，最大加速度为30m/s2，扫描循环为10次，振动时间为3h。振动过程中，观察有无异常现象。3．蓄电池模块试验

（10）蓄电池模块储存能力试验

蓄电池模块在25℃±5℃环境温度下完全充电后，以1I1(A)电流放电30min；再在45℃±2℃环境温度下储存28天；蓄电池模块在25℃±5℃环境温度下搁置5h后，在25℃±5℃环境温度下完全充电，再以1I1(A)电流放电至任一单体蓄电池的电压达到电池技术条件中的放电终止电压，计量蓄电池模块放电容量（单位为Ah）。10.3.2

动力蓄电池包和系统能量的测试

1．动力蓄电池包和系统能量测试的目的和标准动力蓄电池包和系统能量测试的目的是获得动力蓄电池包和系统的能量和容量、功率和内阻、能量效率等，用于评价动力蓄电池包和系统能量的性能。动力蓄电池包和系统的测试分为高功率和高能量的动力蓄电池包和系统的测试，测试的原理和方法有较多相同之处。本节介绍高能量的动力蓄电池包和系统的测试。动力蓄电池包和系统能量测试的标准是国家标准GB/T31467.1-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第1部分：高功率应用测试规程》、GB/T31467.2-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第2部分：高能量应用测试规程》，在执行汽车试验标准的蓄电池包和系统能量测试中，根据这些标准，开展动力蓄电池包和系统的测试。2．动力蓄电池包和系统能量试验

（1）蓄电池包和系统能量和容量测试蓄电池包和系统能量和容量测试的项目包括室温、40℃高温、0℃低温和-20℃低温下的能量和容量测试，其测试方法类似，具体测试步骤不完全相同，高温、低温下蓄电池包和系统能量和容量的测试在环境箱内进行。下面介绍室温下蓄电池包和系统能量和容量测试。室温下蓄电池包和系统能量和容量测试方法：测试前，蓄电池包和系统按1C或按蓄电池技术条件中的放电机制放电至电池技术条件中的放电截止条件，静置30min或者达到室温；再按1C或按蓄电池技术条件中的充电机制充电至电池技术条件中的充电截止条件，然后再静置30min或者达到室温。使用恒流放电至电池技术条件中的放电截止条件，停止放电，记录放电电流、放电电压和放电时间。放电电流对放电时间的积分为蓄电池包或系统的容量，放电电流和放电电压的乘积对放电时间的积分为蓄电池包或系统的能量。通过放电电流对放电时间的积分及放电电流和放电电压的乘积对放电时间的积分，求1C、Imax(T)倍率下的放电容量和能量。

1C为1小时的放电容量，Imax(T)倍试验温度T下最大持续放电电流。2．动力蓄电池包和系统试验

（2）蓄电池包和系统功率和内阻测试蓄电池包和系统需要测试功率和内阻的项目包括室温、40℃高温、0℃低温和-20℃低温及不同SOC下的功率和内阻测试，其测试方法类似，具体测试步骤不完全相同。高温、低温下蓄电池包和系统功率和内阻的测试在环境箱内进行。下面介绍室温下蓄电池包和系统功率和内阻测试。室温下蓄电池包或系统功率和内阻测试：测试前，蓄电池包或系统按1C或按蓄电池技术条件中的放电机制放电至电池技术条件中的放电截止条件，静置30min或者达到室温。再按1C或按蓄电池技术条件中的充电机制充电至蓄电池技术条件中的充电截止条件，静置30min或者达到室温。按表10-1测试的电压和电流，其中，序号i中0号为蓄电池包或系统的初始状态；1～11号为蓄电池包或系统放电，12号为蓄电池包或系统放电后静置；13～16号为蓄电池包或系统充电，17号为蓄电池包或系统放电后静置；I’max(SOC，T，t)表示荷电状态SOC、温度T、脉冲时间t、恒流放电下最大允许放电电流，测试温度T为室温，时间t在表10-1中；0.75I’max(SOC，T，t)表示荷电状态（SOC）、温度T、脉冲时间t、恒流放电下0.75倍的最大允许放电电流；-0.75I’max(SOC，T，t)表示荷电状态（SOC）、温度T、脉冲时间t、恒流充电下0.75倍的最大允许充电电流。在蓄电池包或系统放、充电中，蓄电池包或系统的电压曲线如图10-7所示，蓄电池包或系统的电流曲线如图10-8所示。2．动力蓄电池包和系统试验表10-2需要测试的电压和电流序号i时间/s电压/V电流/A对应电流/A00U0I0010.1U1I1I’max(SOC，T，t)22U2I2I’max(SOC，T，t)35U3I3I’max(SOC，T，t)410U4I4I’max(SOC，T，t)518U5I5I’max(SOC，T，t)618.1U6I60.75I’max(SOC，T，t)720U7I70.75I’max(SOC，T，t)830U8I80.75I’max(SOC，T，t)960U9I90.75I’max(SOC，T，t)1090U10I100.75I’max(SOC，T，t)11120U11I110.75I’max(SOC，T，t)12160U12I12013160.1U13I13-075I’max(SOC，T，t)14162U14I14-075I’max(SOC，T，t)15170U15I15-075I’max(SOC，T，t)16180U16I16-075I’max(SOC，T，t)17220U17I1702．动力蓄电池包和系统试验图10-7蓄电池包或系统的电压曲线图10-8蓄电池包或系统的电流曲线2．动力蓄电池包和系统试验

1～11号放电时间内蓄电池包或系统的放电内阻为（10-7）

13～15号充电时间的蓄电池包或系统的充电内阻为（10-8）

1～11号和13～16号时间内的蓄电池包或系统的放电或充电功率为（10-9）式中，放电时，为放电功率；充电时，为充电功率。全过程放电内阻为全过程充电内阻为（10-10）（10-11）2．动力蓄电池包和系统试验

（3）蓄电池系统无负载容量损失测试无负载容量损失是指蓄电池系统在车载状态下，长期搁置时的容量损失，包括可恢复容量损失和不可恢复容量损失两部分，分别在室温和40℃下测试搁置168h和720h的蓄电池系统无负载容量损失，其测试方法相同。搁置168h（7天）的蓄电池系统无负载容量损失测试：在室温下，蓄电池系统按1C或按蓄电池技术条件中的放电机制放电至电池技术条件中的放电截止条件，静置30min或者达到室温。再按1C或按蓄电池技术条件中的充电机制充电至蓄电池技术条件中的充电截止条件，静置30min或者达到室温。在室温或40℃下搁置蓄电池系统168h，测试蓄电池系统无负载容量和能量，用蓄电池系统充电后的容量减去搁置168h的蓄电池系统无负载容量，分别得在室温或40℃下搁置168h的蓄电池系统无负载容量损失。搁置720h（30天）的蓄电池系统无负载容量损失测试：在室温下，对蓄电池系统2次放电和充电后，在室温或40℃下搁置蓄电池系统720h，测试蓄电池系统无负载容量和能量，用蓄电池系统充电后的容量减去搁置720h的蓄电池系统无负载容量，分别得在室温或40℃下搁置720h的蓄电池系统无负载容量损失。2．动力蓄电池包和系统试验

（4）蓄电池系统能量效率测试蓄电池系统能量效率测试的目的是测试蓄电池系统在不同温度、不同倍率充电的性能以及能量循环效率。蓄电池系统能量效率的测试包括室温、0℃和电池技术条件中的最高工作温度Tmax下1C、Imax(T)的蓄电池系统能量效率的测试。不同温度下1C、Imax(T)的蓄电池系统能量效率的测试的方法相同。下面介绍室温下1C、Imax(T)的蓄电池系统能量效率的测试步骤:1）在室温下，蓄电池系统按1C或按蓄电池技术条件中的放电机制放电至电池技术条件中的放电截止条件，静置30min或者达到室温。再按1C或按蓄电池技术条件中的充电机制充电至蓄电池技术条件中的充电截止条件，静置30min或者达到室温。2）在室温下，蓄电池系统按1C或按蓄电池技术条件中的放电机制放电至电池技术条件中的放电截止条件，测量放电能量。2．动力蓄电池包和系统试验

3）按1C或按蓄电池技术条件中的充电机制充电至蓄电池技术条件中的充电截止条件，测量充电能量。

4）按式（10-12），计算室温下1C充电的蓄电池系统能量效率。蓄电池系统能量效率：（10-12）5）在室温下搁置蓄电池系统1h后，蓄电池系统按1C或按蓄电池技术条件中的放电机制放电至电池技术条件中的放电截止条件，静置30min或者达到室温。再按1C或按蓄电池技术条件中的充电机制充电至蓄电池技术条件中的充电截止条件，静置30min或者达到室温。2．动力蓄电池包和系统试验

6）在室温下，蓄电池系统按1C或按蓄电池技术条件中的放电机制放电至电池技术条件中的放电截止条件，测量放电能量。7）按Imax(T)充电至蓄电池技术条件中的充电截止条件，测量充电能量。

8）按式（10-10），计算室温下Imax(T)充电的蓄电池系统能量效率。10.3.3动力蓄电池包或系统安全性的试验

1．动力蓄电池包或系统安全性试验的目的及标准动力蓄电池包或系统安全性试验的目的是获得动力蓄电池包或系统振动、机械冲击、碰撞、外部火烧等安全性，为评价电池包或系统安全性服务。

电动力池包或系统安全性试验的标准是国家标准GB38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》。在执行汽车试验标准的动力蓄电池包或系统安全性试验中，根据此标准，开展动力蓄电池包或系统安全性的试验。10.3.3动力蓄电池包或系统安全性的试验

2．动力蓄电池包或系统安全性试验准备及要求（1）动力蓄电池包或系统安全性试验准备

1）充电：以不小于1I3的电流或按照制造商推荐的充电方法充电至制造商规定的充电截止条件。2）静置：30min静置或按制造商规定时间静置。3）放电：以制造商规定的且不小于1I3

的电流放电至制造商规定的放电截止条件。4）静置：30min静置或按制造商规定时间静置。5）重复：将1）～4）步骤重复，不超过5次。（2）动力蓄电池包或系统安全性试验要求动力蓄电池包或系统无泄漏、外壳破裂、起火或爆炸现象，绝缘电阻小于100Ω/V。10.3.3动力蓄电池包或系统安全性的试验

3．动力蓄电池包或系统振动安全性试验M1、N1类的车辆动力蓄电池包或系统振动安全性试验方法：试验开始前，将试验对象的SOC状态调至不低于制造商规定的正常SOC工作范围的50%。按照试验对象在车辆上安装位置的要求，将试验对象安装在振动台上。每个方向分别施加随机和定频振动载荷，加载顺序宜为z轴随机、z轴定频、y轴随机、y轴定频、x轴随机、x轴定频（汽车行驶方向为x轴方向，另一垂直于行驶方向的水平方向为y轴方向）。也可自行选择顺序，以缩短转换时间。测试过程按照GB∕T2423.56-2018《环境试验第2部分：试验方法试验Fh：宽带随机振动和导则》。试验过程中，监控试验对象内部最小监控单元的状态，如电压和温度等。完成以上试验步骤后，在试验环境温度下观察2h。10.3.3动力蓄电池包或系统安全性的试验

4．动力蓄电池包或系统机械冲击安全性试验

对动力蓄电池包或系统在±z方向施加7g、6ms的半正弦冲击波6次，共12次，相邻两次冲击的间隔时间以两次冲击在试验样品上造成的响应不发生相互影响为准，一般应不小于5倍冲击脉冲持续时间。完成以上试验步骤后，在试验环境温度下观察2h。5．动力蓄电池包或系统模拟碰撞安全性试验

按照动力蓄电池包或系统在车辆上安装位置的要求，将动力蓄电池包或系统水平安装在带有支架的台车上。根据电池包或系统的使用环境给碰撞试验车施加GB38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》中规定的脉冲。完成以上试验步骤后，在试验环境温度下观察2h。10.3.3动力蓄电池包或系统安全性的试验

6．动力蓄电池包浸水安全性试验